Für Lebens- oder Arzneimittel ist Wasser eine billige Zutat, die eine Menge teure Probleme verursachen kann. Wasser fördert das mikrobielle Wachstum, Schimmel, Texturverlust, Zusammenbacken und Verklumpen, Ranzigkeit und Vitaminverlust. Der beste Weg, um das Wasser in Ihrem Produkt zu verstehen, ist die Messung der Wasseraktivität.
Berechnung der Energiezustandsänderung.
Wir können die Veränderung der Energie, die eine Änderung des Drucks mit sich zieht, anhand des erste Gesetzes der Thermodynamik berechnen. Wir leiten eine Gleichung ab, die den Energiezustand des Wassers in einem Produkt entweder als Wasserpotential oder als Wasseraktivität ausdrücken können.
Wasseraktivität: Es geht um Energie.
Ein einfaches Gedankenexperiment: Nehmen Sie ein Glas Wasser und einen trockenen Schwamm. Tauchen Sie die Ecke des Schwamms in das Glas Wasser. Das Wasser bewegt sich aus dem Glas in den Schwamm.
Die Wasseraktivität (aw-Wert) ist dabei die Kraft, die das Wasser antreibt, um sich in den Schwamm zu bewegen. Das Wasser im Glas ist frei, das Wasser im Schwamm ist allerdings alles andere als frei. Es ist durch Wasserstoffbrücken, Kapillarkräfte und van der Waals-London-Kräfte gebunden. Diese Kräfte nennen wir Matrixeffekte. Das Wasser im Schwamm hat also einen niedrigeren Energiezustand als das Wasser im Glas. Wasser wird leicht in den Schwamm fließen, aber um es wieder herauszuholen, müssen wir Kraft aufwenden, z.B. indem wir den Schwamm drücken.
Das Wasser im Schwamm hat einen niedrigeren Dampfdruck, einen niedrigeren Gefrierpunkt und einen höheren Siedepunkt als das Wasser im Glas. Es liefert uns andere Messergebnisse.
Beachten Sie, dass die Energie des Wassers auch durch Verdünnen mit gelösten Stoffen verringert werden kann – die sogenannten osmotischen Effekte. Da die Arbeit erforderlich ist, um das Wasser in seinen reinen, freien Zustand zurückzuversetzen, reduziert dies auch die Wasseraktivität (aw-Wert). Die Gesamtveränderung der Energie ist die Summe der mathematischen und osmotischen Effekte.